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1 背景簡(jiǎn)介
2 定義，分類，與RFID的區(qū)別
2.1 NFC的定義
2.2 NFC的分類
2.3 NFC與RFID的區(qū)別
3 NFC協(xié)議概述
3.1 NFC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織
3.2 NFC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)
3.3 NFC Forum標(biāo)準(zhǔn)
3.4 Single Wired Protocol - SWP
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1 背景簡(jiǎn)介
20世紀(jì)90年代，RFID在民用產(chǎn)品上被廣泛應(yīng)用。但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)使用的RFID產(chǎn)品的頻率、編碼、存儲(chǔ)規(guī)則和數(shù)據(jù)內(nèi)容等不盡相同，閱讀器和標(biāo)簽不能通用，企業(yè)之間無法進(jìn)行數(shù)據(jù)與協(xié)同工作。
非接觸卡市場(chǎng)份額被Philip和Sony兩家公司把持。Philip主導(dǎo)的Mifare最后成為ISO 14443-A標(biāo)準(zhǔn)（即Type-A或NFC-A）；Sony主導(dǎo)的Feilica JIS X6319-4（由幸福felicity和卡card組成）（即Type-F或NFC-F）未成ISO標(biāo)準(zhǔn)，主要在日本使用；Motorola主導(dǎo)而后成為ISO 14443-B標(biāo)準(zhǔn)（即Type-B或NFC-B）的應(yīng)用不如Mifare和Felica廣泛。
由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，阻礙了市場(chǎng)發(fā)展。2003年，Philip和Sony兩家公司基于ISO/IEC 14443（非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)）協(xié)議，研發(fā)出的一種短距離無線通信協(xié)議，取名為NFC(Near Field Communication)。該技術(shù)融合了Mifare和Felica，增加了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer to Peer，P2P）通信。
2004年P(guān)hilip、Sony和Nokia公司牽頭成立了NFC Forum，負(fù)責(zé)開發(fā)NFC標(biāo)準(zhǔn)和互操作性協(xié)議，致力于推廣NFC技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用。
2006年6月27日，Nokia攜手福建移動(dòng)、廈門易卡通和Philip，在廈門進(jìn)行中國(guó)首個(gè)NFC手機(jī)支付試驗(yàn)。后與銀聯(lián)合作在上海進(jìn)行全球范圍內(nèi)首個(gè)NFC空中下載試驗(yàn)。
Google從Android 2.3開始支持NFC功能，其力推的Nexus S手機(jī)使用了NXP NFC PN544芯片。2011年推出的Google Wallet不僅支持信用卡，還支持購物卡、禮品卡等。
另外，我國(guó)移動(dòng)支付標(biāo)準(zhǔn)圍繞中國(guó)銀聯(lián)主導(dǎo)的13.56MHz和中國(guó)移動(dòng)主導(dǎo)的2.4GHz展開后，2012年底中國(guó)人民銀行正式發(fā)布《中國(guó)金融移動(dòng)支付技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，明確現(xiàn)階段NFC(13.56MHz射頻通信技術(shù))成為金融行業(yè)非接觸式近場(chǎng)移動(dòng)支付的標(biāo)準(zhǔn)，并支持將SE(Secure Element 安全模塊)存儲(chǔ)在SIM卡中的NFC-SIM(SWP-SIM)卡方案。
2 定義，分類，與RFID的區(qū)別
2.1 NFC的定義
NFC（Near Field Communication，近場(chǎng)通信）是一種基于RFID技術(shù)的短距離非接觸式的射頻通信技術(shù)。工作頻率為13.56±7MHz，通信速率有106Kbps、212Kbps、424Kbps或848Kbps，通信距離為0 - 20CM（通常有效通信距離為4CM以內(nèi)）；能夠以卡模擬（Card Emulation），讀寫器（Reader / Writer）和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信（Peer to Peer Communication）三種工作模式，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付、電子票務(wù)、智能廣告和信息交換等業(yè)務(wù)。
2.2 NFC的分類
1 按工作模式分，有卡模擬、讀寫器和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信三種。
(1)卡模擬模式下的NFC終端，相當(dāng)于傳統(tǒng)的銀行卡、公交卡和門禁卡等IC卡，只需將該NFC終端靠近帶NFC功能的POS機(jī)/公交刷卡機(jī)/門禁設(shè)備，就可以完成移動(dòng)支付交易或進(jìn)入權(quán)限。
(2)讀寫器模式下的NFC終端，能夠讀寫傳統(tǒng)IC卡和NFC標(biāo)簽，及工作在卡模擬模式下的NFC終端上的內(nèi)容。
(3)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式下的兩個(gè)NFC終端，能夠完成信息交換；如基于Android Beam應(yīng)用的兩個(gè)手機(jī)碰觸，即可完成網(wǎng)頁、圖片或聯(lián)系人等信息的交換。
2 按通信方式（調(diào)制模式）分，有被動(dòng)通信（被動(dòng)負(fù)載調(diào)制，Passive Load Modulation，PLM）和主動(dòng)通信（主動(dòng)負(fù)載調(diào)制，Active Load Modulation，ALM）。
(1)被動(dòng)通信方式，指NFC通信所需的射頻場(chǎng)，由通信的發(fā)起方(Initiator) NFC終端產(chǎn)生，選擇106Kbps、212Kbps、424Kbps或848Kbps傳輸速率，發(fā)起通信請(qǐng)求。而目標(biāo)方(Target) NFC終端從該射頻場(chǎng)獲取能量，并通過負(fù)載調(diào)制技術(shù)，以相同的傳輸速率，將數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)起方。主要用于卡模擬和讀寫器模式中。
(2)主動(dòng)通信方式，指NFC通信所需的射頻場(chǎng)，由NFC終端雙方交替產(chǎn)生，即雙方在需要通信時(shí)產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)，另一方處于幀聽模式，這就要求雙方都是有源設(shè)備。主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式下。
2.3 NFC與RFID的區(qū)別
NFC技術(shù)起源于RFID，但是與RFID相比有一定的區(qū)別，主要包括以下內(nèi)容：
(1)工作頻率：NFC的工作頻率為13.56MHz，而RFID的工作頻率有低頻（125～134kHz），高頻（13.56MHz），超高頻（860～960MHz）及微波段頻率（2.45GHz，5.8GHz）。
(2)工作距離：NFC的理論工作距離為0 - 20cm，但在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上，由于采用了特殊功率控制技術(shù)，使其工作距離只有0 - 10cm，從而更好地保證業(yè)務(wù)的安全性。由于RFID具有不同的頻率，其工作距離在幾厘米到幾十米不等。
(3)工作模式：NFC同時(shí)支持卡模擬、讀寫器和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。而在RFID中，非接觸卡和讀卡器是兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，不能切換，當(dāng)然也不支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
(4)應(yīng)用領(lǐng)域：NFC主要應(yīng)用在移動(dòng)支付、公交卡和門禁卡等領(lǐng)域，而RFID集中在物流管理系統(tǒng)、停車管理系統(tǒng)、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)和資產(chǎn)管理等低成本應(yīng)用上。
(5)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：NFC的底層通信協(xié)議兼容高頻RFID的底層通信協(xié)議，即兼容ISO 14443 / ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。NFC技術(shù)還定義了比較完整的上層協(xié)議，如LLCP，NDEF和RTD等。
綜上，盡管NFC和RFID有區(qū)別，但是NFC起源于RFID，尤其是底層通信協(xié)議是完全兼容高頻RFID技術(shù)的。因此在高頻RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域中，同樣可以使用NFC技術(shù)。
3 NFC協(xié)議概述
3.1 NFC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織
(1) ISO ( International Organization for Standardization ) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，全球性的非政府組織。
(2) ECMA ( European Computer Manufactures Association ) 歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)，研究通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
(3) JIS ( Japanese Industrial Standards ) 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，日本最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)。
(4) ETSI ( European Telecommunications Standards Institute ) 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，非營(yíng)利性電信標(biāo)準(zhǔn)化組織。
3.2 NFC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)
(1) ISO 14443是近場(chǎng)耦合集成電路卡(Proximity Integrated Circuit Card, PICC)標(biāo)準(zhǔn)，有兩種：ISO 14443A ( Type-A, NFC-A )即Philip Mifare系列產(chǎn)品；ISO 14443B ( Type-B, NFC-B )是Motorola等公司主導(dǎo)的產(chǎn)品。
(2) ISO 15693是RFID非接觸式IC卡(Vicinity Integrated Circuit Card, VICC)標(biāo)準(zhǔn)，定義了工作在13.56MHz±7KHz頻率下智能標(biāo)簽和讀寫器的空氣接口及數(shù)據(jù)通信規(guī)范。其通信距離比ISO 14443遠(yuǎn)，但應(yīng)用較少，主要有個(gè)人身份識(shí)別、會(huì)議簽到、圖書館管理、門禁控制、物品跟蹤/防偽、倉儲(chǔ)物流等領(lǐng)域。
(3) JIS X6319-4 (Type-F, NFC-F)，即Felica標(biāo)準(zhǔn)。
(4) ECMA 340 / ISO 18092，即Near Field Communication Interface and Protocol-2 (NFCIP-1)，近場(chǎng)通信接口和協(xié)議；是ECMA 340被ISO接受并重新命名為ISO 18092。規(guī)范了13.56MHz電感耦合裝置的近場(chǎng)通信接口和協(xié)議，包括主動(dòng)通信方式和被動(dòng)通信方式，射頻接口的調(diào)制方式、編碼、傳輸速度和幀格式，以及防沖突機(jī)制、協(xié)議協(xié)商和數(shù)據(jù)交換的傳輸協(xié)議。
(5) ECMA 352 / ISO 21481，即Near Field Communication Interface and Protocol-2 (NFCIP-2)；是ECMA 352被ISO接受并重新命名為ISO 21481；將ISO 14443、ISO 15693和ISO 18092融合，通過標(biāo)準(zhǔn)的流程對(duì)這三種協(xié)議進(jìn)行選擇，使產(chǎn)品同時(shí)支持這三種協(xié)議并協(xié)同工作。
(6) ECMA 385，即NFCIP-1 Security Services and Protocol (NFC-SEC)，被稱為NFC安全標(biāo)準(zhǔn)，為NFCIP-1定義了安全通道和共享安全服務(wù)。被ISO接受后命名為ISO 13175-1.
(7) ETSI TS 102 613，即SWP（Single Wired Protocol，單線協(xié)議），定義了SIM卡與NFC芯片之間的接口規(guī)范，是UICC（Universal Integrated Circiut Card，通用集成芯片卡）和CLF（Contactless Frontend，非接前端；指NFC芯片）之間的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。
(8) ETSI TS 102 622（SIM卡與NFC芯片之間的接口規(guī)范）定義了HCI (Host Control Interface)，用于主機(jī)之間的通信接口，在SWP協(xié)議之上負(fù)責(zé)UICC和CLF之間邏輯傳輸管道的建立和路由。
以上各標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過程如下圖所示，最終會(huì)歸結(jié)為NFC Forum標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 NFC Forum標(biāo)準(zhǔn)
Analog規(guī)范主要定義NFC設(shè)備的RF特性，如波形、RF場(chǎng)強(qiáng)、RF操作域。
Digital規(guī)范主要實(shí)現(xiàn)ISO 14443和ISO 18092中的數(shù)字協(xié)議部分，定義了NFC-A、NFC-B和NFC-F三種技術(shù)的基本通信功能，如編碼格式、調(diào)制方式、傳輸速率、傳輸協(xié)議、幀格式、命令幀、數(shù)據(jù)幀等。包括NFC設(shè)備的四種角色：發(fā)起方、目標(biāo)方、卡模擬設(shè)備和讀寫器設(shè)備。
Activities規(guī)范定義了如何使用Dialog規(guī)范中的內(nèi)容來建立通信，即NFC通信的四個(gè)階段：初始化（包括沖突檢測(cè)和技術(shù)發(fā)現(xiàn)等過程）、設(shè)備激活、數(shù)據(jù)交換和設(shè)備掛起。
3.4 Single Wired Protocol - SWP
SWP在單線上實(shí)現(xiàn)全雙工通信，有兩個(gè)方向的信號(hào)S1（CLF到UICC/(U)SIM）和S2（UICC/(U)SIM到CLF），通信的雙方是CLF(Master)和UICC/(U)SIM(Slave)。S1是電壓信號(hào)，SIM卡通過電壓表檢測(cè)S1信號(hào)的高低電平，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。S2是電流信號(hào)，采用負(fù)載調(diào)制方式。S1信號(hào)必須為高電平時(shí)，導(dǎo)通其內(nèi)部的三極管，S2信號(hào)才可以有效傳輸。這樣，S1信號(hào)和S2信號(hào)疊加在一條單線上，實(shí)現(xiàn)全雙工通信。
